Realidad virtual, videojuegos y robots en la rehabilitación física

Proyectos presentados durante el 4th BRAINN Congress, realizado en Brasil, combinan tratamientos de recuperación corporal con tecnología. Los juegos electrónicos pueden hacer más eficaz el el trabajo con los pacientes

Por Karina Toledo, desde Campinas  |  Agência FAPESP – Tecnologías originariamente orientadas al entretenimiento, tales como las de los juegos electrónicos, sensores de reconocimiento de gestos y gafas de realidad virtual (RV) pueden servir para que las sesiones de rehabilitación sean más divertidas y eficaces, y también pueden ayudar a los pacientes con limitaciones motoras a recuperar su autonomía, al menos en parte.

Al final del pasado mes de marzo, durante el 4th BRAINN Congress, organizado en la Universidad de Campinas (Unicamp), en el estado de São Paulo, por el Instituto Brasileño de Neurociencia y Neurotecnología (BRAINN), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs) apoyados por la FAPESP, se dieron a conocer dos proyectos que apuntan a este objetivo.

En un simposio satélite intitulado “Virtual Reality and Neurofunctional Recovery”, el investigador del BRAINN Alexandre Brandão presentó un conjunto de programas de RV destinados a la rehabilitación motora y neurofuncional. Su propuesta consiste en que esta tecnología se vuelva más accesible, de manera tal que pueda beneficiar a pacientes que requieren tratamientos de rehabilitación física de mediana y larga duración, tal como es el caso de las personas que padecen accidentes cerebrovasculares (ACVs).

“Se encuentran en fase de desarrollo dos aplicaciones de RV para smartphones: e-Street, que permite que el usuario explore virtualmente un ambiente urbano y situaciones tales como cruzar calles, y e-House, que por ahora hace posible caminar por el área exterior de una casa para entrenar la prevención de caídas durante la simulación de subir y bajar escaleras. Y pronto también se podrá acceder a las habitaciones internas y simular actividades de la vida cotidiana, tales como abrir una cajonera o un armario. Aparte del desarrollo constante de la interfaz de los aplicativos, estamos investigando cuál es la mejor forma de interacción con algunos objetos en el ambiente virtual”, comentó Brandão, mentor del proyecto, quien está realizando un posdoctorado en el Instituto de Física de la Unicamp bajo la supervisión de la profesora Gabriela Castellano.

De acuerdo con el investigador, los software convencionales de RV para teléfonos inteligentes sólo transportan al usuario por un tour virtual predefinido. En otras palabras, es posible dirigir la mirada hacia donde se desea navegar, pero no existe un control efectivo sobre el ambiente virtual. En tanto, los programas desarrollados en la Unicamp con el apoyo de la FAPESP les permiten a los usuarios avanzar dentro del ambiente virtual a medida que mueven las piernas para simular pasos, aunque sin moverse del lugar.

A tal fin, el grupo está desarrollando –además de software– también equipos de hardware con la ayuda de impresiones en 3D. Para caminar por e-Street, por ejemplo, se ponen dos sensores de ultrasonido en la zona de los tobillos del usuario. Estos sensores funcionan como un sonar capaz de registrar cualquier movimiento que simule el caminar, y envían el registro a través de cables a una pequeña placa de control (conocida como arduino) que va fijada en la cintura del usuario. A su vez, el arduino se comunica vía Bluetooth con el smartphone, que va insertado en las gafas de RV. Durante la navegación en e-Street, la dirección para explorar las diversas calles de la ciudad virtual queda determinada por el movimiento de la cabeza y la rotación del cuerpo entero.

Según Brandão, las primeras pruebas con pacientes que habían sufrido ACVs empezaron en marzo. Si bien éste es el principal público del proyecto, y el que más se erige como desafío, el investigador cree que esta tecnología podrá beneficiar a su vez a ancianos que padecen desorientación espacial (común en muchos tipos de trastornos cognitivos), podrá ayudar en la prevención de caídas y, posiblemente, también en la inhibición del dolor ocasionado por la actividad motora.

“Muchas caídas se producen cuando el anciano debe repartir su atención entre una tarea motora, tal como subir una escalera o desviarse de un objeto en la calle, y una tarea cognitiva, tal como mirar una vidriera de una tienda o acordarse del trayecto hasta su casa. Con estos software, será posible entrenar la atención asociada al estímulo motor y anticipar situaciones que podrían poner en riesgo la integridad física”, explicó.

Asimismo, portadores de fibromialgia y personas de todas las edades que padecen limitaciones motoras –ya sea como consecuencia de fracturas, cirugías, lesiones medulares o por cualquier otro tipo de traumas– pueden beneficiarse con sesiones de fisioterapia y terapia ocupacional (las cuales suelen comprender tareas repetitivas) más lúdicas y más estimulantes.

GestureCollection

Sin embargo, a juicio de Brandão, no todos los pacientes se encuentran preparados para un ambiente altamente inmersivo de realidad virtual como el que genera el uso de gafas acopladas al smartphone. Algunas personas pueden sentir dolor de cabeza, mareos e incluso náuseas al usar este aparato.

En estos casos, es posible recurrir a otra serie de aplicaciones conocida como GestureCollection, que Brandão empezó a desarrollar en 2012, cuando todavía cursaba su doctorado en la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), en el interior del estado de São Paulo.

Entre éstas está GestureMaps, que permite la navegación del usuario desde la perspectiva de Google Street View. De esta forma, es posible caminar por gran parte de las ciudades del planeta sin salir del dormitorio o de la clínica de rehabilitación.

En GestureChess, el usuario puede controlar un juego de ajedrez con el movimiento de las manos. El funcionamiento se parece al de GesturePuzzle, un rompecabezas que le permite al usuario arrastrar piezas virtuales de un lado a otro de la pantalla. En tanto, en GestureChair el objetivo es recorrer un laberinto y juntar bolitas valiéndose de los movimientos de los brazos.

Está también RehabGesture, un software orientado al profesional de la salud encargado de la rehabilitación, que puede ser un fisioterapeuta o un terapeuta ocupacional. Este programa permite medir en tiempo real los movimientos de las articulaciones de los hombros y de los codos durante la interacción con ambientes virtuales, y también registrar los datos para su posterior análisis y la evaluación de las dificultades, además de servir como un banco de datos para cuantificar el progreso del paciente.

“Los programas de GestureCollection pueden instalarse en cualquier computadora acoplada a sensores tipo Kinect [los mismos utilizados en la consola de videojuegos Xbox], que cuestan alrededor de 300 reales”, dijo Brandão.

El paciente debe posicionarse delante del sensor, mientras el profesional de la salud comanda la computadora y estipula los ejercicios que el usuario realizará y el grado de dificultad. Las imágenes pueden seguirse en el monitor o por televisión, o pueden proyectarse en la pared.

Pruebas preliminares con las aplicaciones están actualmente en marcha en el Hospital de Clínicas de la Unicamp, bajo la supervisión del neurólogo Li Li Min, y en la unidad Mogi Mirim de la red Lucy Montoro, un centro de rehabilitación para pacientes con discapacidades físicas, motoras y sensorio-motoras severas, en São Paulo. Por ahora los programas han sido utilizados únicamente por expertos con el objetivo de probarlos y sugerir mejoras.

También se han realizado test iniciales en ambientes escolares en el marco de una colaboración con el Profesorado en Educación Especial de la UFSCar y en otros tres departamentos: Gerontología, Terapia Ocupacional y Fisioterapia. Y existen proyectos en desarrollo en la Facultad de Educación Física (FEF) de la Unicamp.

Parte de la investigación cuenta con la colaboración de Diego Roberto Colombo Dias, quien actualmente es profesor adjunto de la Universidad Federal de São João Del Rei (UFSJ), en el estado de Minas Gerais. Ya se han depositado solicitudes de registros para cinco de los software desarrollados, para su análisis en el Instituto Nacional de Propiedad Industrial (INPI). Según informó Brandão, el INPI aprobó el registro de e-House en 2016.

Robots y videojuegos

También durante la programación del 4th BRAINN Congress, el investigador Glauco Caurin, de la Escuela de Ingeniería de São Carlos (EESC), de la Universidad de São Paulo (USP), presentó su línea de investigación orientada al desarrollo de juegos electrónicos y extremidades robóticas que funcionan como herramientas auxiliares de la fisioterapia.

Este trabajo se desarrolla en el ámbito del Núcleo de Estudios Avanzados en Rehabilitación (NEAR), coordinado por la profesora de la Facultad de Medicina de la USP Linamara Rizzo Battistella. “El robot actúa como un joystick sofisticado. El juego determina qué movimientos debe hacer el paciente para alcanzar un determinado objetivo: puede ser recoger una fruta o impedir que una bolita caiga de una plataforma, por ejemplo. Cuando el paciente no logra realizar la acción solo, el robot aguarda alguna fracción de segundo y luego lo ayuda”, comentó Caurin.

Tal como explicó el investigador, el fisioterapeuta o el fisiatra a cargo del tratamiento puede modular el grado de ayuda que el robot suministra. La idea es que la ayuda vaya disminuyendo a medida que el tratamiento avanza. En un determinado momento, el robot puede incluso ofrecer resistencia al movimiento para aumentar el tono muscular.

“El paciente tiene un dominio completo de las acciones. El robot sabe anticipadamente cuál es el movimiento que debe hacer para ganar el juego, pero si el paciente no tiene la intención de realizar esa acción, nada sucede. Puede perder a propósito, si así lo desea. Nuestra preocupación reside en desarrollar el robot de manera tal que no pueda lastimar a nadie. En una de las pruebas de laboratorio, demostramos que la máquina la tiene sensibilidad suficiente como para salir del camino si se la empuja con algo frágil, tal como una papa chips”, comentó Caurin.

El proyecto en desarrollo en la USP de São Carlos se enfoca en la rehabilitación de las muñecas y los tobillos, aunque el grupo también ha creado robots destinados a ayudar en el movimiento de los hombros e incluso un exoesqueleto capaz de ayudar en el movimiento debajo de la cintura.

“Los tobillos suministran aproximadamente el 50% de la energía necesaria para caminar. Los flexores plantares de los tobillos contribuyen con hasta un 50% del trabajo mecánico positivo en un mismo paso para permitir la propulsión hacia adelante. Por ende, si logramos recuperar este movimiento, es una gran conquista. Cualquier mejora en la independencia puede mejorar mucho las condiciones de vida de un paciente y aliviar la carga de los familiares”, comentó el investigador.

De acuerdo con Caurin, estudios internacionales han comprobado –particularmente en el caso de las extremidades superiores– que la fisioterapia con la ayuda de robots ofrece ventajas con relación a los métodos clásicos de rehabilitación.

“Con el robot es posible realizar casi diez veces más movimientos en una sesión que con la ayuda de un fisioterapeuta, pues el profesional también entra en fatiga. Asimismo, el videojuego ayuda a que la actividad se vuelva más estimulante. Aún estamos trabajando para que los juegos sean menos estáticos y menos repetitivos, para permitirles a los pacientes avanzar de nivel”, dijo Caurin.

Lejos de perder el protagonismo en el proceso de rehabilitación, los profesionales de la salud pasan a actuar como supervisores del mismo. Para ayudarlos en esta tarea, el grupo de la USP está desarrollando programas de computadoras capaces de medir objetivamente variables tales como la amplitud de movimiento, la aceleración y la fuerza. Estas informaciones se recaban mientras el paciente realiza los ejercicios y se almacenan a lo largo de todo el tratamiento para mostrar la evolución.

Los prototipos de extremidades robóticas en estadios más avanzados de desarrollo se están probando en pacientes en el marco de una colaboración con investigadores de la Facultad de Medicina de Ribeirão Preto (FMRP-USP), en el estado de São Paulo.